詳細介紹Python使用struct處理二進位(pack和unpack用法)

高洛峰
發布: 2017-03-19 14:49:49
原創
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有的時候需要用python處理二進位數據,比如,存取文件,socket操作時.這時候,可以使用python的struct模組來完成.可以用struct來處理c語言中的結構體.

struct模組中最重要的三個函數是pack(), unpack(), calcsize()

pack(fmt, v1, v2, ...)     依照給定的格式(fmt),將資料封裝成字串(其實是類似c結構體的位元組流)

unpack(fmt, string)       依照給定的格式(fmt)解析位元組流string,回傳解析出來的tuple

calcsize(fmt)          

#calcsize(fmt)     定的格式(fmt)佔用多少位元組的記憶體

struct中支援的格式如下表:

For

mat  C Type  Python  位元組數

x   pad byte    no value    1

c   char    string of length 1  1

#c   char    string of length 1  1

b   signed char#1ed

##?   _Bool   bool    1

h   short   integer 2

H   unsigned short  integer 2

i   int int 4# # int or long 4

l   long    integer 4

L   unsigned long   long    4

q   long long  

f  

float

  float   4

d   double  float   8

s   char[]  string  1##p  char#p P   void *  long

註1.q和Q只在機器支援64位元操作時有意思

註2.每個格式前可以有一個數字,表示個數

註3.s格式表示一定長度的字串,4s表示長度為4的字串,但是p表示的是pascal字串

註4.P用來轉換一個指標,其長度和機器字長相關

註5.最後一個可以用來表示指標類型的,佔4個位元組

為了同c中的結構體交換數據,還要考慮有的c或c++編譯器使用了位元組對齊,通常是以4個位元組為單位的32位元系統,故而struct根據本地機器位元組順序轉換.可以用格式中的第一個字元來改變對齊方式定義如下:

Character   Byte order  Size and alignment

@   native  native            湊夠4個位元組# #<;按原始位元組數

使用方法是放在fmt的第一個位置,就像'@5s6sif'

範例1:

結構體如下:

struct Header
{
    unsigned short id;
    char[4] tag;
    unsigned int version;
    unsigned int count;
}
登入後複製

透過socket.recv接收了一個上面的結構體數據,存在字串s中,現在需要把它解析出來,可以使用unpack()函數:

import struct
id, tag, version, count = struct.unpack("!H4s2I", s)
登入後複製

上面的格式字串中,!表示我們要使用網路位元組順序解析,因為我們的資料是從網路接收到的,在網路上傳送的時候它是網路位元組順序的.後面的H表示一個unsigned short的id,4s表示4位元組長的字串,2I表示有兩個unsigned int型別的資料.

就透過一個unpack,現在id, tag, version, count裡已經保存好我們的資訊了.

同樣,也可以很方便的把本地資料再pack成struct格式:

ss = struct.pack("!H4s2I", id, tag, version, count);
登入後複製

pack函數就把id, tag, version, count按照指定的格式轉換成了結構體Header,ss現在是一個字串(其實是類似c結構體的位元組流),可以透過socket.send(ss)把這個字串送出去。

範例2:

import struct
a=12.34
#将a变为二进制
bytes=struct.pack('i',a)
登入後複製

此時bytes就是一個string字串,字串以位元組同a的二進位儲存內容相同。

再進行反操作,現有二進位資料bytes,(其實就是字串),將它反過來轉換成python的

資料型別

#注意, unpack回傳的是tuple !!

a,=struct.unpack('i',bytes)
登入後複製

如果是由多個資料構成的,可以這樣:

a='hello'
b='world!'
c=2
d=45.123
bytes=struct.pack('5s6sif',a,b,c,d)
登入後複製

此時的bytes就是二進位形式的資料了,可以直接寫入檔案例如binfile.write(bytes)

然後,當我們需要時可以再讀出來,bytes=binfile.read()

再通过struct.unpack()解码成python变量:

a,b,c,d=struct.unpack('5s6sif',bytes)
登入後複製

’5s6sif’这个叫做fmt,就是格式化字符串,由数字加字符构成,5s表示占5个字符的字符串,2i,表示2个整数等等,下面是可用的字符及类型,ctype表示可以与python中的类型一一对应。

注意:二进制文件处理时会碰到的问题

我们使用处理二进制文件时,需要用如下方法:

binfile=open(filepath,'rb')    
#读二进制文件
binfile=open(filepath,'wb')   
#写二进制文件
登入後複製

那么和binfile=open(filepath,’r')的结果到底有何不同呢?

不同之处有两个地方:

第一,使用’r'的时候如果碰到’0x1A’,就会视为文件结束,这就是EOF。使用’rb’则不存在这个问题。即,如果你用二进制写入再用文本读出的话,如果其中存在’0X1A’,就只会读出文件的一部分。使用’rb’的时候会一直读到文件末尾。

第二,对于字符串x=’abc\ndef’,我们可用len(x)得到它的长度为7,\n我们称之为换行符,实际上是’0X0A’。当我们用’w'即文本方式写的时候,在windows平台上会自动将’0X0A’变成两个字符’0X0D’,’0X0A’,即文件长度实际上变成8.。当用’r'文本方式读取时,又自动的转换成原来的换行符。如果换成’wb’二进制方式来写的话,则会保持一个字符不变,读取时也是原样读取。所以如果用文本方式写入,用二进制方式读取的话,就要考虑这多出的一个字节了。’0X0D’又称回车符。linux下不会变。因为linux只使用’0X0A’来表示换行。

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